前列腺IVIM-DWI参数的一致性分析

曹梦姣

（无锡市人民医院影像科 江苏 无锡 214000）

磁共振成像是前列腺疾病的临床影像诊断方法之一，由于常规前列腺MRI仅依据形态和信号改变进行诊断，其对前列腺疾病的诊断敏感性和特异性受到了影响，存在诸多局限。目前多参数MRI（multi-parametric MRI, Mp-MRI）已成为临床最佳的前列腺疾病影像检查技术。在用于前列腺疾病诊断的功能磁共振成像技术中扩散加权成像（diffusion-weighted imaging，DWI）因其具有无创性检查的特点而越来越受到重视。

DWI原理是基于组织内水分子的运动规律符合高斯分布，但在既往的研究中发现，由于组织内水分子运动受到组织和细胞内各种间隔（如细胞膜）及灌注等因素的影响，水分子的热运动不再遵从高斯分布，因此，基于水分子运动符合高斯分布的常规DWI并不能真实反映组织内水分子的扩散状态[2]。

体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion，IVIM）成像是一种采用多个b值的DWI序列，由Le Bihan D等[3]于20世纪80年代首次提出，其采用双指数模型计算相关参数，能够对活体组织内水分子扩散和微血管灌注同时进行定量分析，主要参数包括扩散系数D值、灌注分数f值和伪扩散系数D*值。近年来IVIMDWI技术逐渐应用于体部MRI研究，其定量参数的准确性和可重复性成为是临床关注的重点，文献研究结果显示扫描序列、b值、ROI选择、呼吸动度、参数分析模型等因素均可对IVIM各参数测值的可重复性产生一定影响[4-8]。

本部分研究由同一研究者分别采用3.0T（Ingenia，Philips）和3.0T（TX，Philips）MR成像系统在不同时间对同一批健康男性志愿者行前列腺IVIM-DWI序列扫描，旨在检验不同时间、不同设备和、重复测量对IVIM定量参数值一致性的影响。

1 资料与方法

1.1 研究对象

2015年12月在我院招募健康成年男性志愿者15例，进行前列腺IVIM-DWI定量参数测值的一致性研究，年龄23～30岁，平均年龄（24.93±2.22）岁。本研究获得本院伦理委员会批准并在其监督下进行，所有研究对象均已签署知情同意书。

1.2 检查方案

所有志愿者于2015年12月22日采用3.0T（Ingenia，Philips）MR行前列腺IVIM检查并测量其参数（命名为方案1），在间隔16天后由同一操作者分别采用3.0T（Ingenia，Philips）（与前次检查为同一设备）和3.0T（TX，Philips）MR重复上述IVIM检查并测量参数（分别命名为方案2和方案3），扫描参数相同。在3.0T（Ingenia，Philips）MR第一次IVIM扫描所获前列腺图像上重复测量参数（命名为方案4）。上述IVIM检查及IVIM参数测量均由同一研究者完成。

1.3 扫描方法

研究设备：3.0T（Ingenia，Philips）MR成像系统；3.0T（TX，Philips）MR成像系统。射频发射线圈：体线圈；接收线圈：32通道腹部相控阵线圈IVIM-DWI扫描参数：TR=6000ms，TE=77ms，FOV=260×260mm。b值组合：0,10,100,200,1000。

1.4 图像处理和数据采集

将按照上述检查方案进行的前列腺IVIM扫描原始图像传至工作站，由1名研究者独立导入后处理软件Firevoxel。ROI设置方法：选择前列腺最大面积层面，分别在前列腺中央腺体和外周带区域设置ROI，每例所设ROI在中央腺体和外周带的位置及其大小尽量保持一致，ROI大小为50～60mm²。应用双指数模型，分别测量IVIM参数，包括：扩散系数D、灌注分数f和伪扩散系数D*。

1.5 统计学方法

采用Medcalc V16.2.1软件和SPSS22.0软件进行统计处理。同一研究者按照上述检查方案和ROI设置方法对所获前列腺IVIM-DWI扫描图像进行IVIM参数（D值、f值和D*值）测量，所获测值如均符合正态性分布，则以±s形式表示。对同一研究者采用同一设备在不同时间，同一研究者在同一天采用不同设备进行的IVIM图像上测量，以及同一研究者采用同一设备在同一次IVIM图像上重复测量，对上述测量所测得的IVIM参数采用配对样本t检验进行分析，P＜0.05为差异有统计学意义。计算组内相关系数（ICC），其值介于0～1之间，0表示不可信，1表示完全可信，一般认为＜0.4表示相关性低，＞0.75表示信度好，相关性高。采用Bland-Altman法对同一研究者采用同一设备在不同时间、同一研究者在同一天采用不同设备，以及同一研究者采用同一设备在同一次IVIM图像上重复测量所得IVIM参数进行一致性分析。

2 结果

2.1 IVIM参数测量结果

在15位成年男性健康志愿者前列腺IVIM图像上进行IVIM参数测量，测得的结果详见表1。结果显示同一研究者在不同时间、不同设备所作前列腺IVIM图像上测得的和重复测量测得的D值、f值及D*值间的差异均无统计学意义（P＞0.05）。

2.2 IVIM参数测值的组内相关系数（ICC）

同一研究者在不同时间、不同设备所作前列腺IVIM图像上测量及重复测量所测得的D值、f值及D*值的ICC值详见表2。结果显示，D值的ICC值较D*值和f值高，表明采用上述4个方案进行前列腺IVIM扫描，在各图像上测量的D值间的相关性较好。

表1 15名志愿者不同方案测得的IVIM-DWI参数结果（±s）

表1 15名志愿者不同方案测得的IVIM-DWI参数结果（±s）

注：D值：扩散系数；f值：灌注分数；D*值：伪扩散系数。同一研究者采用不同方案测得的f值、D*值和D值间的差异均无统计学意义（t=-1.262～2.058，P＞0.05）。

中央腺体 1.35 ±0.22 33.33±7.28 14.28±4.05 1.34±0.16 31.67±5.3414.21±3.53 1.42±0.19 33.81±5.77 33.81±5.77 1.31±0.11 34.64±7.70 13.98±4.01外周带 1.32±0.14 34.15±7.34 13.09±3.20 1.35±0.09 34.05±8.3612.94±4.41 1.31±0.28 32.83±10.34 12.43±3.80 1.32±0.16 33.20±5.41 13.46±2.67

表2 同一研究者在不同时间、不同设备、和重复测量所测得IVIM各参数的ICC值

2.3 同一研究者用同一设备在不同时间测量IVIM参数值间的一致性

同一研究者采用同一3.0T（Ingenia，Philips）MR成像设备，在不同时间进行前列腺IVIM-DWI扫描，两次测得的IVIM参数差值见表3。用两次测得的IVIM参数差值绘制Bland-Altman散点图。

表3 同一研究者采用同一设备在不同时间测得的IVIM参数差值

Bland-Altman散点图显示中央腺体和外周带的D值分布相对更集中，且没有差值超出95%一致性界限的范围，提示同一研究者采用同一设备在不同时间测出的D值间的一致性较好。

Bland-Altman散点图显示外周带D*值和中央腺体f值分布集中，没有差值超出95%一致性界限的范围，分布较集中，提示同一研究者采用同一设备在不同时间测出的外周带D*值和中央腺体f值间的一致性较好。中央腺体D*值和外周带f值均有6.67%（1/15）的点在95%一致性界限以外，提示可能受到某次测量数据的干扰，影响了总体测量一致性的评价效果。

2.4 同一研究者在同一天采用不同MRI设备测得IVIM参数值间一致性

同一研究者在同一天分别于3.0T（Ingenia，Philips）和3.0T（TX，Philips）两台MRI设备分别测得的IVIM参数值见表4（方案2和方案3）。

表4 同一研究者同一天采用不同设备测得的IVIM参数值间的差值

Bland-Altman散点图显示中央腺体和外周带的D值分布相对更集中，且没有差值超出95%一致性界限的范围，提示在不同设备测得的D值间的一致性较好。

Bland-Altman散点图显示中央腺体和外周带的D*值以及外周带f值，没有差值超出95%一致性界限的范围，分布较集中，提示同一研究者采用不同MRI设备测出的中央腺体和外周带的D*值以及外周带f值间的一致性较好。中央腺体f值有6.67%（1/15）的点在95%一致性界限以外，提示可能受到某次测量数据的干扰。

2.5 同一研究者采用同一设备在同一次IVIM扫描图像上重复测量所得IVIM参数值间的一致性

同一研究者采用同一设备在同一次IVIM-DWI扫描图像上重复测量获得的IVIM参数差值见表5（方案1和方案4）。

表5 同一研究者采用同一设备在同一次IVIM图像上重复测量所得的IVIM参数差值

Bland-Altman散点图显示中央腺体和外周带的D值分布相对更集中，且没有差值超出95%一致性界限的范围，提示在D值测量一致性较好。中央腺体和外周带的D*值和f值均有6.67%（1/15）的点在95%一致性界限以外，提示D*值及f值的测量一致性值得商榷。

3 讨论

3.1 IVIM多b值构成的基本原理

常规DWI是反应活体组织细胞内外水分子扩散能力（即布朗运动）的检查方法，其理论前提是生物体内水分子扩散呈正态分布，通过采用梯度磁场自旋回波技术成像，间接反映活体组织内微观结构的变化及特点。但在研究中发现，由于组织内水分子运动受到组织和细胞内各种间隔（如细胞膜）及灌注等因素的影响，水分子的热运动不再遵从高斯分布。为了准确描述水分子在组织内的扩散运动，需要采用基于非高斯分布的数学模型拟合DWI的信号数据。

由此，Le Bihan[3]等提出了双指数模型来描述组织内的真实水分子扩散运动，研究结果认为水分子扩散信号的衰减呈双指数衰减，因此运用双指数模型可以反映两种不同的水分子扩散现象，即单纯的水分子扩散和灌注相关的扩散。单纯的水分子扩散需要较高b值，因为高b值时信号衰减主要与扩散有关；而灌注相关的扩散则需要较低b值，因为低b值时信号衰减主要与灌注因素相关。因此IVIM成像需要同时包含高低两部分的多个b值，在多b值成像后，进行数据拟合再得到IVIM各参数值。

3.2 前列腺IVIM成像中不同时间、不同设备和重复测量对所测量参数值的一致性影响

由于IVIM-DWI成像需要采用多个b值。Koh等[9]在研究中发现低b值时容易出现测量误差，而且低b值时测得的参数值对信噪比的变化较为敏感，导致ADC值测量的可重复性较差。另外，Koh等[10]在IVIM-DWI研究中发现腹部IVIM的灌注相关参数值间有很大的标准差。

本部分研究结果显示同一研究者在不同时间，采用不同设备所作前列腺IVIM图像上测得的，和重复测量测得的D值和f值，以及D*值间的差异均无统计学意义（P＞0.05），其中，D值间（ICC＞0.75）的相关性最好。提示各参数值间的一致性均较好，其中D值较D*值和f值的一致性好，这与以往的研究结果是一致的[11，12]，Hadrien Dyvorne等[13]在肝脏IVIM-DWI研究中发现D值的可重复性最好（重复误差率＜15%），f值的可重复性一般（重复误差率＜35%），D*值的可重复性最差（重复误差率＞40%）。Patel等[14]也同样认为D值的可重复性最好。Andreou等[15]的研究结果显示D值的可信区间为-5.12%～8.09%，f值的可信区间为-24.3%～25.1%，D*值的可信区间为-31.2%～9.1%。由此可见，D值的相关性好，提示在不同时间，采用不同设备所作前列腺IVIM扫描测得D值的一致性好，D值可作为前列腺疾病的评价指标。

Lemke等[16]的研究发现f值对TE的依赖性强，而IVIM理论忽略了TE对f值的影响，因此f值通常被高估，一致性不佳。与本部分研究结果不符。

文献报告D*值的可重复性差，究其原因，可能是由于拟合误差所致，在IVIM-DWI相关研究报告中，通常D*值在各参数间的不确定性最大[17，18]。

由此表明，在3.0T MR设备前列腺IVIM检查时不同时间、不同设备及重复测量所测得的前列腺IVIM定量参数值间的一致性均较好，IVIM定量参数，特别是代表单纯水分子扩散的D值的一致性最好，可作为前列腺多中心研究的评价指标。

3.3 本研究的不足和展望

本研究的不足之处：（1）样本量较小，可能会产生偏倚；（2）所有样本均来自年轻志愿者，可能存在抽样误差；（3）所有志愿者均为正常人，在前列腺疾病状态下，结果可能不完全一致，还需要进一步研究；（4）所有数据均用同一后处理软件进行分析，并未进行不同后处理分析软件之间的对比研究。

综上所述，IVIM-DWI作为常规DWI成像的补充，具有临床应用前景。IVIM各参数的测量值间较好的一致性使双指数模型用于前列腺疾病诊断及研究具有一定的可行性，与其他非高斯扩散模型相比，其优势仍有待于进一步研究与探讨。